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使胶体量子点更加均匀

2021/7/6 20:04:02      材料来源:化合物半导体杂志

韩国科学家证明了钙钛矿胶体量子点的光电性能与尺寸均匀性之间的关系


科学家证明了钙钛矿胶体量子点的光电性能与尺寸均匀性之间的关系

 

胶体量子点 (CQDs) 十多年来一直是纳米技术的焦点,因为它们可以通过基于溶液的工艺轻松生产,这使得它们适合大规模生产。

 

然而,为了让基于 CQD 的器件以最佳状态运行,量子点应该是单分散的——也就是说,它们都应该具有相同的尺寸。如果它们的大小不相等(多分散),则光电器件内的能量紊乱会增加,从而阻碍其性能。

 

虽然存在一些策略来解决 CQDs 中的多分散性,但在基于钙钛矿的 CQDs (Pe-CQDs) 中要避免这个问题更棘手,因为它需要使用抗溶剂进行纯化步骤。这一步总是会导致纳米粒子团聚,并最终导致量子点之间尺寸的巨大变化。

 

尽管生产高效太阳能电池可能需要生产纯化良好的单分散 Pe-CQDs,但没有人仔细探索多分散性与光伏(转换)性能之间的关系。为了填补这一知识空白,韩国大邱京畿道科学技术研究所的Younghoon Kim和Jongmin Choi最近带领一组科学家进行了一项研究,发表在《美国化学学会能源快报》(ACS Energy Letters)上。

 

研究人员使用一种称为凝胶渗透色谱的技术,根据纳米颗粒的尺寸对其进行“过滤”和分组,这通过对其光学特性的多次测量以及透射电子显微镜进行了证实。通过这种方法,他们设法获得了具有不同多分散度的 Pe-CQDs 悬浮液。

 

之后,他们使用这些悬浮液来制造太阳能电池,并证明了多分散性和性能之间的联系。正如预期的那样,由于其均匀的能量景观,单分散悬浮液产生了更好的太阳能电池,这导致在最佳频带内有更高的光吸收。 “使用单分散 Pe-CQDs,我们的太阳能电池达到了 15.3% 的功率转换效率和 1.27 V 的开路电压。这些数值是我们使用的钙钛矿 CsPbI3 的 Pe-CQDs 有史以来报告的最高值,”Kim强调。

 

这项研究是基于 Pe-CQDs 的太阳能电池领域的垫脚石,它仍需要优于基于硅的同类产品才能保证商业化。 “Pe-CQD 太阳能电池的研究大约在四年前开始,因此需要进一步研究以提高器件性能和稳定性。不过,我们使用单分散 Pe-CQDs 最小化能量无序的方法为进一步开发它们在光电应用中的潜力铺平了道路,”Cui总结道。让我们希望他们最终能够将所有(量子)点连接起来!

 

参考资料

'Monodisperse Perovskite Colloidal Quantum Dots Enable High-Efficiency Photovoltaics' by Seyeong Lim et al; ACS Energy Letters 2021

 

 

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